軌道交通可達(dá)性時空演化及對公交可達(dá)的影響
——以湖南省長沙市為例

李建霆， 李璀瑾， 周 鑫， 蘇永群， 石文春， 林 璐， 許章華，3*

(1．福州大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，福建 福州 350108； 2．福州大學(xué) 至誠學(xué)院，福建 福州 350002； 3.3S技術(shù)與資源優(yōu)化利用福建省高校重點實驗室，福建 福州 350002)

可達(dá)性的概念最早由Hansen在20世紀(jì)50年代提出[1]，可達(dá)性研究已成為研究空間格局的一種重要方法，并被廣泛應(yīng)用于交通、經(jīng)濟及城市規(guī)劃等領(lǐng)域.Sasaki 等通過城市可達(dá)性空間格局研究方法，對日本新干線周圍的經(jīng)濟、人口聚集現(xiàn)象進(jìn)行統(tǒng)計，分析一般城市與大都市可達(dá)性差距增大的原因[2].Desharnais 等收集公共交通通勤數(shù)據(jù)，并預(yù)測乘客對不同交通政策的滿意度[3]，用廣義空間Durbin模型評估乘客的出行成本可達(dá)性范圍.Boisjoly 等通過研究時間對公共交通的可達(dá)性，推算出行者的出行模式和出行軌跡[4].譚杉結(jié)合城市結(jié)構(gòu)和城市規(guī)模因素、土地利用因素、可獲得機會因素、交通系統(tǒng)因素以及個性因素等不便于量化的指標(biāo)[5]，構(gòu)建模糊綜合評價模型，對城市軌道交通可達(dá)性進(jìn)行分析.胡繼華等考慮個體出行的交通模式約束及具體的出行時間[6]，在時間地理學(xué)等相關(guān)理論的基礎(chǔ)上研究城市時空可達(dá)性的計算方法.文獻(xiàn)顯示，學(xué)者傾向于借助大數(shù)據(jù)平臺，選取距離、時間成本等構(gòu)建可達(dá)性的計算模型，并進(jìn)行經(jīng)濟、人口等影響分析，其局限性在于考慮的因素不夠全面、交通網(wǎng)絡(luò)的建立難度過于復(fù)雜等[7—9].筆者以湖南省長沙市為例，基于可達(dá)性研究范式，從各站點的服務(wù)范圍、各站點間平均距離等角度，測度長沙市軌道交通的時空演化，并探究其對常規(guī)公交可達(dá)的影響.

1 研究區(qū)

長沙市是湖南省省會，位于湖南省的東部偏北、湘江下游和長瀏盆地西緣，介于φE= 111°53′～114°15′，λN=27°51′～28°41′；東鄰江西省宜春、萍鄉(xiāng)2市，南接株洲、湘潭兩市，西連婁底、益陽2市，北抵岳陽、益陽2市.截至2017年，該市下轄9個區(qū)(市)縣和5個國家級開發(fā)區(qū)、1個國家級新區(qū)，常住人口791.81萬，地區(qū)生產(chǎn)總值10 535.51億元.筆者以湖南省長沙市中心城區(qū)為研究區(qū)域，涉及的區(qū)縣包括天心區(qū)、岳麓區(qū)、芙蓉區(qū)、開福區(qū)、雨花區(qū)、望城區(qū)和長沙縣(圖1).

圖1 研究區(qū)位置

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)收集

收集的主要數(shù)據(jù)：長沙市2012年公交網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)；長沙市2012年軌道交通數(shù)據(jù)；長沙市2014—2016年站點數(shù)據(jù)和線網(wǎng)數(shù)據(jù).

2.2 長沙市公共交通網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)建思路

長沙市公共交通網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建的主要思路(圖2)：①采集線網(wǎng)數(shù)據(jù)和站點數(shù)據(jù)，搭建長沙市公共交通網(wǎng)絡(luò)模型；②借助GIS分析功能，制作圖表并分析城市公共交通網(wǎng)絡(luò)中各個站點的可達(dá)性，計算不同年份軌道交通的建設(shè)面積以及各站點間的平均距離，從而測算長沙市城市公共交通系統(tǒng)站點的服務(wù)范圍及軌道交通可達(dá)性的時空演化；③結(jié)合以上數(shù)據(jù)，分析軌道交通的加入對常規(guī)公交的影響.

圖2 技術(shù)路線

2.3 長沙市公共交通網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)建方法

1)借助地理信息系統(tǒng)平臺，通過數(shù)字化處理，構(gòu)建城市公共交通數(shù)據(jù)庫.常用的網(wǎng)絡(luò)模型有Space C，Space P，Space L網(wǎng)絡(luò)：①Space C網(wǎng)絡(luò)(公交線路網(wǎng)絡(luò))，通過把公交線路抽象化為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，把2條路線(有相同的停靠站點)進(jìn)行連接，然后依據(jù)2條公交路線上具有相同?？空军c的數(shù)量，求連接這2條公交線路邊的比例，使之成為1個加權(quán)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)；②Space P網(wǎng)絡(luò)(公交換乘網(wǎng)絡(luò))，首先把公交站點看成節(jié)點，如果站點與站點之間有直接連通的公交路線，那么這2個站點之間就一定有1條連邊；③Space L網(wǎng)絡(luò)(公交?？空军c網(wǎng)絡(luò))，把公交路線?？康恼军c看成1個節(jié)點，如果某1條交通路線上的2個站點之間是相鄰的，那么2個站點之間就存在連邊[10].

2)通過OD矩陣路徑分析方法計算可達(dá)性.文中主要研究站點的可達(dá)性、網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性及可達(dá)性變化率[11]：

①站點可達(dá)性，包括所有常規(guī)公交和正在使用中的軌道交通站點.站點可達(dá)性指的是，某一站點到交通網(wǎng)絡(luò)上除本站點外的其他站點的最短時間平均值，其計算公式：

式中：Ai為交通網(wǎng)絡(luò)中站點i的可達(dá)性；N為站點數(shù)；tij為站點i,j之間所需的時間.

結(jié)合長沙市公交的實際運行速度，設(shè)定常規(guī)公交的運行速度為20 km/h.

②網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性，包括軌道交通網(wǎng)絡(luò)和常規(guī)公交網(wǎng)絡(luò).網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性通過各個站點可達(dá)性的平均值表示，其計算公式：

式中：A為所有網(wǎng)絡(luò)的平均可達(dá)性.

結(jié)合長沙市目前軌道交通線路的里程及運行時間，并參考設(shè)計時速，設(shè)定地鐵和磁浮快線的運行速度分別為40，100 km/h.

③可達(dá)性變化率，指的是軌道交通站點與線路對常規(guī)公交網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性的變化程度，其計算公式：

式中：R為可達(dá)性的變化率；Ap為在軌道交通加入城市公共交通網(wǎng)絡(luò)以前的可達(dá)性；As為軌道交通加入后的可達(dá)性.

3)計算軌道交通站點的服務(wù)范圍變化情況，包括城市建成區(qū)增長率、服務(wù)范圍增長率：

ra=(S1/S0-1)×100%,

式中：ra為城市建成區(qū)增長率；S1,S0分別為現(xiàn)有和原有建成區(qū)面積.

3 結(jié)果與分析

3.1 長沙市軌道交通的時空演化

3.1.1城市公共交通網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建 基于GIS平臺構(gòu)建站點數(shù)據(jù)與路網(wǎng)數(shù)據(jù)之間的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集，建立可達(dá)性與變化率字段，并結(jié)合OD矩陣路徑分析方法，對站點的可達(dá)性、網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性及可達(dá)性變化率進(jìn)行計算.在此基礎(chǔ)上，通過生成OD成本矩陣線獲得各站點的可達(dá)性(圖3).

圖3 軌道交通OD成本矩陣

3.1.2長沙市軌道交通站點的服務(wù)范圍 將長沙市2014—2016年的軌道交通站點數(shù)據(jù)和城市建成區(qū)建設(shè)情況進(jìn)行綜合分析，依照得出的長沙市軌道交通站點的服務(wù)變化情況，進(jìn)一步分析長沙市軌道交通可達(dá)性的時空變化.

長沙市軌道交通開通之初，只有1條線路，其站點的空間服務(wù)范圍遠(yuǎn)不能滿足人們的日常出行，對城市發(fā)展建設(shè)的帶動作用不明顯.在2號線軌道交通及磁浮快線開通后，以五一廣場為中心的“十”字結(jié)構(gòu)交通布局逐漸形成，這種結(jié)構(gòu)性變化有效地將中心城區(qū)(天心區(qū)、芙蓉區(qū)、岳麓區(qū)、開福區(qū)、雨花區(qū))與東部、西部的2個新城區(qū)(望城區(qū)和長沙縣)聯(lián)系起來.2016年，長沙市軌道交通站點服務(wù)范圍擴大至77.75 km2，服務(wù)范圍增長率為91.31%，大大超過了城市建成區(qū)的增長率(15.19%)，但長沙市軌道交通的空間服務(wù)范圍仍然只占城市建成區(qū)的21.36%(表1)

表1 2014—2016年長沙市軌道交通站點服務(wù)范圍變化

3.1.3軌道交通開通前后2點間的平均距離 為更方便地了解任意公交線路的具體運行軌跡，文中采用Space L網(wǎng)絡(luò)方法構(gòu)建模型，并利用軌道交通站點和線路開通前后2個部分的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究城市公共交通可達(dá)性的變化.長沙市軌道交通網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性呈現(xiàn)下列特征(表2)：

1)軌道交通開通前的整體平均距離為17.2站，開通后的整體平均距離為16.3站；軌道交通各站點到其他任意站點的平均距離從14.6站減少到12.4站.因此，軌道交通的每個站點到其他任意站點的可達(dá)性變化顯著.

2)軌道交通開通前后，2站點間最大網(wǎng)絡(luò)直徑為62 km，反映出在這2站點的范圍內(nèi)，軌道交通沒有奏效，即軌道交通沒有包括所有的站點區(qū)域.

3)在Space L空間中，軌道交通線路站點之間的可達(dá)性改善情況較公交的可達(dá)性更顯著.軌道交通路網(wǎng)的建設(shè)，激發(fā)了開發(fā)強度大區(qū)域的潛力，并將土地中潛在的自然力轉(zhuǎn)變?yōu)樯鐣?jīng)濟力，使土地的利用更加高效，能夠改變土地的用地模式、替換土地的利用性質(zhì)，繼而提升土地的利用強度.依據(jù)點軸發(fā)展理論，軌道交通站點和沿線區(qū)域吸引力的顯著增強會催生廊道效應(yīng)，這使軌道交通的線路成為發(fā)展軸，繼而使城市沿軌道交通軸線方向發(fā)展.

4)長沙市地鐵1號線貫穿南北，增強了長沙市中心繁榮地段與城市邊緣地區(qū)的相互交流，有助于分散和集中城市的發(fā)展.地鐵2號線橫跨東西，增強了河?xùn)|與河西的聯(lián)系，成為過江的首選通道.此外，橘子洲島地鐵站點的設(shè)立，極大地減緩了旅游景點的交通壓力.

表2 長沙市軌道交通網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性特征

3.2 長沙市軌道交通對常規(guī)公交可達(dá)性的影響

3.2.1對常規(guī)公交可達(dá)性的影響 將常規(guī)公交的可達(dá)性時間分為7個等級，可達(dá)的區(qū)域主要集中在中心城區(qū)(圖4).相較于龐大的常規(guī)公交系統(tǒng)，盡管軌道交通的站點與線路的數(shù)量十分有限，但該區(qū)域的可達(dá)性為40 min(圖5).軌道交通站點的服務(wù)半徑比常規(guī)公交站點的服務(wù)半徑大，但由于長沙市軌道交通的建設(shè)還未形成網(wǎng)絡(luò)，且線路長度還未向新增的2個縣區(qū)(望城區(qū)、長沙縣)擴散等，服務(wù)范圍未有顯著擴展.

圖4 常規(guī)公交站點可達(dá)性

圖5 軌道交通站點可達(dá)性

軌道交通的建設(shè)改善了從中心城區(qū)去往機場的線路，但西部望城區(qū)由于距離中心城區(qū)較遠(yuǎn)，今后需軌道交通的建設(shè)以及政府政策的支持，才能平衡東西2個區(qū)域的公交，從而促進(jìn)經(jīng)濟的增長和東西部地區(qū)更多的交流.

3.2.2加入軌道交通后常規(guī)公交站點的可達(dá)性變化 長沙市軌道交通線路的增加對公交站點服務(wù)范圍的影響逐漸增強.軌道交通加入常規(guī)公交網(wǎng)絡(luò)后，常規(guī)公交網(wǎng)絡(luò)發(fā)展密集的區(qū)域(市中心)站點服務(wù)范圍發(fā)生了較大的變化.采用OD成本矩陣的路徑分析方法將上述2種交通的可達(dá)性進(jìn)行結(jié)合，對長沙市的綜合可達(dá)性情況進(jìn)行分析(圖6).與常規(guī)公交站點的可達(dá)性進(jìn)行比較(圖4)：可達(dá)性為0～30 min的區(qū)域沿著軌道交通的線路逐漸擴大，這對日常都市圈是非常有意義的；可達(dá)性為30～60 min的區(qū)域大都分布在軌道交通的端點服務(wù)半徑范圍內(nèi)，并沒有向原有公交空白的地區(qū)延伸；加入軌道交通的站點可達(dá)性，其重心呈現(xiàn)出向西、南方向遷移的特征.

圖6 加入軌道交通的站點可達(dá)性

3.2.3可達(dá)性時間變化率 隨著長沙市軌道交通線路的不斷完善，常規(guī)公交站點的可達(dá)時間也在一定程度上降低，這反映出軌道交通網(wǎng)絡(luò)的建設(shè),對于城市公交網(wǎng)絡(luò)的整體可達(dá)性的改善有較大的促進(jìn)作用.軌道交通運行后，常規(guī)公交站點可達(dá)性時間的變化主要有以下3個特點：

1)常規(guī)公交可達(dá)性變化的主要空間分布形態(tài)表現(xiàn)為,沿軌道交通線路向外遞減的特征，說明軌道交通是使沿線常規(guī)公交站點的網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性整體提高的主要因素.長沙地鐵2號線對其跨越的天心區(qū)、岳麓區(qū)、芙蓉區(qū)和雨花區(qū)的站點網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性變化率影響較大.長沙軌道交通1號線和磁浮快列，打通了南北2區(qū)(即開福區(qū)和天心區(qū))的界線，并極大地改善了中心城區(qū)與黃花機場之間的交通(圖7).在可達(dá)性變化率高的地區(qū)，展現(xiàn)出沿軌道交通1，2號線及磁浮快線廊道式分布的特征.據(jù)此可知，對于距離軌道交通線路較近的公交站點，其網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性的漲幅較顯著，而對于距離軌道交通線路較遠(yuǎn)的公交站點，其網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性漲幅相對較小.

2)變化幅度最大的是城市周邊區(qū)域的軌道交通線路沿線的常規(guī)公交站點，軌道交通2號線西延線的完善，使望城區(qū)等外圍區(qū)域的常規(guī)公交站點網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性得到顯著提升.

3)圍繞軌道交通樞紐站點的常規(guī)公交站點的可達(dá)性變化也較明顯，軌道交通網(wǎng)絡(luò)與常規(guī)公交之間的換乘能力得到改善，公交和軌道交通網(wǎng)絡(luò)之間的連通性得到顯著增強.在樞紐站點周邊，可選擇換乘軌道交通解決長距離公交出行不便這一問題.如五一廣場站與長沙火車南站，都是人口集中、人流較大的區(qū)域，有了軌道交通，不僅能減緩部分交通壓力，還提高了其周轉(zhuǎn)率，加快了交通節(jié)奏.

圖7 可達(dá)性時空變化率

4 結(jié)論

1)基于OD成本矩陣對各軌道交通節(jié)點的可達(dá)性進(jìn)行測度，得到2016年長沙市軌道交通站點的服務(wù)范圍.與2014，2015年相比，交通服務(wù)范圍擴大至77.75 km2，服務(wù)范圍增長率為91.31%，大大超過了城市建成區(qū)的增長率(15.19%).由此得出，隨著長沙市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，其站點的可達(dá)性水平不斷上升.

2)軌道交通開通前的整體平均距離為17.2站，開通后的整體平均距離為16.3站；軌道交通各站點到其他任意站點的平均距離從14.6站減少至12.4站.因此，軌道交通的每個站點到其他任意站點的可達(dá)性均有所提升.相比之下，變化幅度最大的是城市周邊區(qū)域的軌道交通沿線的常規(guī)公交站點.軌道交通2號線西延線的完善，使望城區(qū)等外圍區(qū)域的常規(guī)公交站點的網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性得到顯著提升.此外，位于不同區(qū)位站點的可達(dá)性水平呈差異化發(fā)展，原位于中心區(qū)位的站點，其可達(dá)性水平變化較??；位于城市邊緣的站點，由于軌道交通站點的建設(shè)，其服務(wù)范圍也得到了相應(yīng)的擴大.從長沙市近期城市總體規(guī)劃看，長沙交通網(wǎng)絡(luò)的格局逐漸從廊道式向網(wǎng)絡(luò)式擴展，且主要方向為東部和西部，這也與長沙市近期的空間擴展方向相吻合.

3)在中心城區(qū)，軌道交通將常規(guī)公交可達(dá)性從1 h改善為40 min.軌道交通站點相比于常規(guī)公交站點，其服務(wù)范圍較大，但由于長沙市軌道交通的建設(shè)還未形成網(wǎng)絡(luò)、覆蓋不全面等，常規(guī)公交站點的服務(wù)范圍尚未有顯著擴展.

4)城市公共交通系統(tǒng)在加入軌道交通后其可達(dá)性提高了15%，縮短了人們的日常出行時間，城市的交通阻塞等問題得到了一定改善.圍繞軌道交通樞紐站點的常規(guī)公交站點的可達(dá)性變化也較顯著，軌道交通網(wǎng)絡(luò)與常規(guī)公交之間的換乘能力得到改善，公交和軌道交通網(wǎng)絡(luò)之間的連通性得到顯著增強.總體而言，長沙市軌道交通的建設(shè)，在減緩部分區(qū)域交通壓力、提高其周轉(zhuǎn)率等方面均起到較好的促進(jìn)作用.